CN103305745A - 一种高质量硅钢常化基板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高质量硅钢常化基板的生产方法。本发明的方法包括炼钢、热轧、常化步骤，其中常化步骤使用具有无氧化加热炉段的常化炉，所述无氧化加热炉段包括3个以上的炉区，其中，调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区的能量投入率，以控制所述无氧化加热炉段的过剩系数α在0.8≤α＜1.0的范围内。本发明的方法可以成功防止常化处理过程中致密氧化物的形成，实现硅钢常化基板质量的提高。本发明的方法具有常化后续工艺简单、成本降低的特点，可用于高质量硅钢常化基板的大规模生产。

Description

一种高质量硅钢常化基板的生产方法
技术领域
本发明涉及一种高质量硅钢常化基板的生产方法。
背景技术
国内外无取向电工钢产能规模已经逐步进入产能过剩的时代，取向硅钢低等级产品也已经进入饱和状态，为了使产品在激烈的市场竞争中占据一席之地，突破方向就是实现产品质量的不断提升，或者是生产成本的不断降低。硅钢的生产方法包括炼钢、热轧、常化、酸洗、冷轧和后续退火处理。无取向硅钢常化处理的目的是让热轧板在冷轧前得到粗大的晶粒组织，使冷轧板退火时获得强度高的0vw织构。取向硅钢产品是调整晶粒度和织构，硬相控制，产生自由的C、N，析出ALN等。
常化处理过程控制不好，即在实际生产过程中，如果不对能量投入率进行有效控制，过剩系数根本无法实现＜1.0的稳定控制，实际过剩系数会＞1.0，这样在炉膛的局部就会富集过剩的氧，无法确保整个无氧化加热炉段整个炉段的还原性气氛。局部过剩的氧和Si、Al、Mn等发生反应，会在基板表面形成一层非常难于去除由Si、Al、Mn等组成的致密氧化物。这些粘附于基板表面的氧化物，在后续的抛丸和酸洗处理过程中非常难去除。经过冷轧轧制后，会在轧硬板表面局部或者整个板宽上附着着向灰尘一样的点条状无手感物质。
日本硅钢生产技术处于世界领先水平，日本相关专利如特许公报昭48-19048集中在对已产生的致密氧化物，如何通过加强酸洗处理来尽可能进行去除。国内公开出版的文献“何忠治编著的《电工钢》”对如何消除粘附于基板表面的氧化物也有描述。其具体的内容如下：将退火后的钢板在含有10％HF的浓盐酸中或1～2％HF+6％HNO3酸中70℃酸洗，或者经H3PO4+HF化学磨光或电解磨光。将氧化物完全去除的基板经后续处理的硅钢成品，铁损会明显降低。
上述文献都是在常化的后续步骤中通过加强酸洗来去除基板表面的致密氧化物，但是这只是后续的补救措施。因此存在着常化后续工艺复杂化、成本增加的问题。因此仍然希望能在常化处理过程中防止致密氧化物的形成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现高质量硅钢常化基板的生产方法。高质量是指通过该方法常化处理后基板不产生后续酸洗无法去除的致密氧化物。本发明的方法可以成功防止常化处理过程中致密氧化物的形成，实现硅钢常化基板质量的提高。通过本发明的方法，使常化后续工艺简单、成本降低。
本发明提供了一种高质量硅钢常化基板的生产方法，包括炼钢、热轧、常化步骤，其中常化步骤使用具有无氧化加热炉段的常化炉，所述无氧化加热炉段包括3个以上的炉区，其中，调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区的能量投入率，以控制所述无氧化加热炉段的过剩系数α在0.8≤α＜1.0的范围内，其中，能量投入率是指炉区投入使用的烧嘴的实际燃烧负荷功率和该炉区投入使用的烧嘴的满负荷功率之比，过剩系数是指实际燃烧空气量和理论燃烧空气量之比。
在本发明的方法中，调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区的能量投入率至15％-95％的范围内。
在本发明的方法中，通过关闭所述无氧化加热炉段的至少一个炉区，来调整所述投入使用的炉区的能量投入率。
在本发明的方法中，通过调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区内烧嘴的投入使用数量，来调整所述投入使用的炉区的能量投入率。
在本发明的方法中，通过调整所述无氧化加热炉段的加热过程的升温速率，来调整所述投入使用的炉区的能量投入率。
本发明的方法可以成功防止常化处理过程中致密氧化物的形成，实现硅钢常化基板质量的提高。通过本发明的方法，使常化后续工艺简单、成本降低。
附图说明
图1是常化炉中无氧化加热炉段的炉区的能量投入率对实际过剩系数的影响。
图2是常化炉中无氧化加热炉段的第4炉区(NOF4)的烧嘴投入和关闭示意图，其中烧嘴分布在常化炉的操作侧和传动侧的上部或下部，√表示烧嘴投入，×表示烧嘴关闭。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方法进行具体说明，但本发明不限于此。
硅钢常化基板的生产方法，包括炼钢、热轧、常化步骤，在该常化步骤中，沿带钢运行方向常化炉依次包括预热段、无氧化加热段、炉喉(炉膛高度突然变低)、后续常化处理各炉段、出口密封室。为了精密控制无氧化加热炉的升温，无氧化加热炉段可以包括2个炉区，优选包括3个以上的炉区。其中后续常化处理各炉段包括选自于辐射管加热/冷却段、电/辐射管均热段、辐射管/水套冷却段中的至少一个炉段，所述后续常化处理各炉段可以以任意次序排布。其中炉喉之前的加热为直焰燃烧的无氧化加热，炉喉到出口密封室之间(包括炉喉和出口密封室)充入保护气氛N2。常化炉功能包括预热、加热、均热和冷却。
本发明是通过调整无氧化加热炉段的投入使用的炉区的能量投入率(加热负荷)，控制无氧化加热炉段的过剩系数α的范围是0.8≤α＜1.0，实现还原性气氛的稳定燃烧，从而彻底切断形成致密氧化物而必须的氧的来源，实现硅钢常化基板质量的提高。硅钢的主要元素的重量百分比0.5≤Si≤6.5％、0.05≤Mn≤0.55％、0.05≤AL≤0.7％、C≤0.05％、P≤0.03％、S≤0.03％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。这只是硅钢的一般化学成分，本发明并不限于此，还可以包括其他的化学成分。
能量投入率是指炉区投入使用的烧嘴的实际燃烧负荷功率和该炉区投入使用的烧嘴的满负荷功率之比。过剩系数是指实际燃烧空气量和理论燃烧空气量之比。无氧化加热炉段的烧嘴在一定的燃烧负荷下，一般都具备过剩系数设定在0.80～1.0之间的稳定燃烧能力。发明人通过研究后发现在大型的常化加热炉上，对于实际过剩系数的稳定控制实现能力，除了和烧嘴本身相关，还和炉体具体结构、烧嘴布置情况相关。
能量投入率控制的目的是确保烧嘴在最优的能量投入率下燃烧，生产过程中实现过剩系数0.8-1.0情况下的稳定燃烧，当燃烧的烟气接触带钢时，空气已经和燃料完全燃烧了，就没有多余的氧了。如果能量投入率不合适，虽然过剩系数设置在0.8-1.0，但是实际的过剩系数会大于1，炉膛内局部出现过氧的情况，从而就有了产生致密氧化物的氧，从而确保不了整个炉膛的还原性气氛。比如当无氧化加热炉段的投入使用的炉区的能量投入率低于15％时，炉内的气流扰动加大，达不到确保烧嘴稳定燃烧的负荷要求，煤气燃烧不充分，局部出现过氧；当无氧化加热炉段的投入使用的炉区的能量投入率大于95％时，流量调节阀(尤其是蝶阀)进入到调节不灵敏区，流量控制不稳定，最终无法实现过剩系数的控制，在无氧化加热炉段局部出现严重过氧的情况。为了避免上述两种情况而造成的炉段局部过氧的问题，必须控制无氧化加热炉段的投入使用的炉区的能量投入率在15～95％之间，才能控制无氧化加热炉段的过剩系数α的范围是0.8≤α＜1.0，最终确保整个炉段处于还原性气氛中，彻底切断形成氧化物而必须的氧的来源，生产出高质量的硅钢常化板，经抛丸、酸洗、冷轧及后续退火处理后，制成高质量的硅钢成品。
可以通过关闭所述无氧化加热炉段的至少一个炉区，实现投入使用的炉区的能量投入率的调整。将无氧化加热炉段的某个炉区关闭是指将该炉区的阀门全部关死，不会有任何空气和煤气进入无氧化加热炉段的该炉区的炉膛内，根据能量投入率的定义，即炉区投入使用的烧嘴的实际燃烧负荷功率和该炉区投入使用的烧嘴的满负荷功率之比，因为带钢从常温加热到目标设定温度需要的热量是固定的，关闭某个炉区，对于其他未关闭的炉区而言，加热带钢需要的热量固定，这样就会导致未关闭的炉区的实际燃烧负荷增加，也就是投入使用的炉区的投入使用的烧嘴的实际燃烧负荷功率增加，每个炉区设计的烧嘴满负荷功率不变，这样就实现了原来炉区的能量投入率在其它未关闭炉区的能量投入率的重新分配。通过关闭无氧化加热炉段的至少一个炉区，来实现投入使用的炉区的能量投入率的调整。另外，可根据无氧化加热炉段过剩系数所需要的范围，确定需要关闭的炉区数量。
另一方面，也可以通过调整无氧化加热炉段中投入使用的炉区内烧嘴的投入使用数量，来实现投入使用的炉区的能量投入率的调整，根据能量投入率的定义，即炉区投入使用的烧嘴的实际燃烧负荷功率和该炉区投入使用的烧嘴的满负荷功率之比，因为关闭炉区的烧嘴，投入使用的烧嘴的满负荷功率降低，从而调整了投入使用的炉区的能量投入率。通过关闭无氧化加热炉段炉区的至少一个烧嘴，来实现投入使用的炉区的能量投入率的调整。另外，可根据无氧化加热炉段过剩系数所需要的范围，确定需要关闭的炉区烧嘴数量。
又一方面，还可以通过调整无氧化加热炉段中加热过程的升温速率来实现投入使用的炉区的能量投入率的调整，随着升温速率的改变，能量投入也随之变化，从而调整了投入使用的炉区的能量投入率。
通过本发明的方法，通过无氧化加热炉段中投入使用的炉区的能量投入率(加热负荷)的调整，控制无氧化加热炉段的过剩系数α的范围是0.8≤α＜1.0，使得无氧化加热炉段可以实现整个炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在全炉段切断形成致密氧化物而必须的氧的来源，实现高质量硅钢常化板的生产，后经抛丸、酸洗、冷轧及退火涂层处理后形成质量更优的硅钢产品。
制备例
热轧钢卷的生产方法，包括炼钢、热轧步骤，具体说明如下：
1)炼钢工艺：包含转炉吹炼、RH精炼和连铸工艺；通过以上工艺能够严格控制产品的成份、夹杂物及微观组织；可将钢中不可避免杂质及残余元素控制在较低水平，并减少钢中夹杂物数量且使夹杂物粗化，通过一系列炼钢工艺技术，根据不同类别产品以合理成本的获得尽可能高等轴晶率的铸坯。
2)热轧工艺：包含对步骤1不同钢种连铸坯所设计的不同温度加热、粗轧、精轧、层流冷却及卷取；通过宝钢自主开发的热轧工艺，可有效节能、获得可满足最终产品优异性能质量要求的高产、高质量且性能优异的热卷。制备的热轧钢卷的化学成分如下：0.5≤Si≤6.5％、0.05≤Mn≤0.55％、0.05≤AL≤0.7％、C≤0.05％、P≤0.03％、S≤0.03％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
实施例
具有化学成分C：0.0074％，Si：3.24％、Mn：0.08％、P：0.005％、S＜0.007％的热轧钢卷，经不同方法常化后，酸洗，冷轧后产品表面质量如表1所示：
表1：关闭无氧化加热炉段的炉区对实际过剩系数的影响
Figure BDA0000142113540000051
NOF1-6是指常化炉中的无氧化加热炉段的第1个-第6个炉区
在比较例1中，无氧化加热炉段的最后2个炉区的能量投入率均低于15％，因此不能将无氧化加热炉段的最后2个炉区的过剩系数α稳定控制在0.8≤α＜1.0，炉内的气流扰动加大，达不到确保烧嘴稳定燃烧的负荷要求，煤气燃烧不充分，局部出现过氧，因此不能实现炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在炉段不能切断形成致密氧化物而必须的氧的来源。因为产品需要从所有炉区通过，因此只要有一个炉区达不到要求，酸洗后常化基板上就会有氧化物残留。
在实施例1中，关闭了无氧化加热炉段的前2个炉区，调整无氧化加热炉段的其他4个炉区的能量投入率至15％-95％的范围内，控制无氧化加热炉段各炉区的过剩系数α的范围至0.8≤α＜1.0，使得无氧化加热炉段可以实现整个炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在全炉段切断形成致密氧化物而必须的氧的来源。因此酸洗后常化基板上没有氧化物残留。
图1显示了实施例1和比较例1的能量投入率对实际过剩系数的影响。虚线表示过剩系数＝1的线。实施例1中，关闭了无氧化加热炉段的前2个炉区，调整无氧化加热炉段的其他4个炉区的能量投入率至15％-95％的范围内，因此控制无氧化加热炉段各炉区的实际过剩系数α的范围至0.8≤α＜1.0。比较例1中，由于无氧化加热炉段的最后2个炉区的能量投入率均低于15％，因此实际过剩系数波动范围大，过剩系数α的范围不能控制在0.8≤α＜1.0的范围内。
具有化学成分C：0.0028％，Si：2.75％、Mn：0.09％、Al：0.12％、P：0.005％、S＜0.007％的热轧钢卷，经不同方法常化后，酸洗，冷轧后产品表面质量如表2所示：
表2调整无氧化加热炉段第4炉区(NOF4)的烧嘴数量对实际过剩系数的影响
Figure BDA0000142113540000061
在比较例2中，无氧化加热炉段第4炉区(NOF4)的能量投入率均低于15％，因此不能将无氧化加热炉段的第4炉区的过剩系数α稳定控制在0.8≤α＜1.0，炉内的气流扰动加大，达不到确保烧嘴稳定燃烧的负荷要求，煤气燃烧不充分，局部出现过氧，因此不能实现炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在炉段不能切断形成致密氧化物而必须的氧的来源。因为产品需要从所有炉区通过，因此只要有一个炉区达不到要求，酸洗后常化基板上就会有氧化物残留。
在实施例2中，通过关闭无氧化加热炉段第4炉区(NOF4)的不同位置上的烧嘴，如图2所示，关闭操作侧的三个烧嘴，和关闭传动侧的三个烧嘴，从而调整第4炉区的能量投入率至15％-95％的范围内，控制第4炉区的过剩系数α的范围至0.8≤α＜1.0，使得无氧化加热炉段可以实现整个炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在全炉段切断形成致密氧化物而必须的氧的来源。因此酸洗后常化基板上没有氧化物残留。
具有化学成分C：0.0074％，Si：3.24％、Mn：0.08％、P：0.005％、S＜0.007％的热轧钢卷，经不同方法常化后，酸洗，冷轧后产品表面质量如表3所示：
表3：无氧化加热炉段的不同升温速率对实际过剩系数的影响
Figure BDA0000142113540000071
在比较例1中，无氧化加热炉段的最后2个炉区的能量投入率均低于15％，因此不能将无氧化加热炉段的最后2个炉区的过剩系数α稳定控制在0.8≤α＜1.0，炉内的气流扰动加大，达不到确保烧嘴稳定燃烧的负荷要求，煤气燃烧不充分，局部出现过氧，因此不能实现炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在炉段不能切断形成致密氧化物而必须的氧的来源。因为产品需要从所有炉区通过，因此只要有一个炉区达不到要求，酸洗后常化基板上就会有氧化物残留。
在实施例3中，通过调整无氧化加热炉段中加热过程的升温速率，从而调整了无氧化加热炉段各炉区的能量投入率至15％-95％的范围内，控制无氧化加热炉段各炉区的过剩系数α的范围至0.8≤α＜1.0，使得无氧化加热炉段可以实现整个炉段的还原性气氛的稳定控制，从而在全炉段切断形成致密氧化物而必须的氧的来源。因此酸洗后常化基板上没有氧化物残留。
产业应用性
本发明的高质量硅钢常化基板的生产方法可以成功防止常化处理过程中致密氧化物的形成，实现硅钢常化基板质量的提高。本发明的方法具有常化后续工艺简单、成本降低的特点，可用于高质量硅钢常化基板的大规模生产。

Claims (5)

1.一种硅钢常化基板的生产方法，包括炼钢、热轧、常化步骤，其中常化步骤使用具有无氧化加热炉段的常化炉，所述无氧化加热炉段包括3个以上的炉区，其特征在于，调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区的能量投入率，以控制所述无氧化加热炉段的过剩系数α在0.8≤α＜1.0的范围内，
其中，能量投入率是指炉区投入使用的烧嘴的实际燃烧负荷功率和该炉区投入使用的烧嘴的满负荷功率之比，过剩系数是指实际燃烧空气量和理论燃烧空气量之比。
2.如权利要求1所述的硅钢常化基板的生产方法，其特征在于，调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区的能量投入率至15％-95％的范围内。
3.如权利要求1或2所述的硅钢常化基板的生产方法，其特征在于，通过关闭所述无氧化加热炉段的至少一个炉区，来调整所述投入使用的炉区的能量投入率。
4.如权利要求1或2所述的硅钢常化基板的生产方法，其特征在于，通过调整所述无氧化加热炉段中投入使用的炉区内烧嘴的投入使用数量，来调整所述投入使用的炉区的能量投入率。
5.如权利要求1或2所述的硅钢常化基板的生产方法，其特征在于，通过调整所述无氧化加热炉段的加热过程的升温速率，来调整所述投入使用的炉区的能量投入率。
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